甲烷浓度和煤粉粒径对混合爆炸火焰传播速度的影响

为评价瓦斯空气煤粉混合爆炸危险性大小,探究爆炸机理,方便相关事故原因分析,利用水平透明玻璃式爆炸管道,探究了甲烷浓度、煤粉粒径对复合爆炸中火焰传播速度的影响。实验结果表明:随着甲烷浓度的增大,火焰传播速度先增大后减小,在接近爆炸上限浓度和爆炸下限浓度时达到最大值;随着煤粉粒径的增大,火焰传播速度逐渐变小,最大火焰传播速度也变小,甲烷浓度为10%,煤粉粒径为30μm时火焰传播速度最大。     

超细Al(OH)3粉体抑制甲烷爆炸的实验研究

粉体材料能够有效地抑制矿井瓦斯爆炸,其粒径越小,抑爆作用越明显,但对于不同浓度的甲烷和空气混合气体而言,粉体材料抑制爆炸的效果不同.文中采用20 L球形不锈钢爆炸罐试验系统,考察粒径1.3μm超细Al(OH)3粉体对不同浓度的甲烷和空气混合气体的抑爆效果.实验结果表明,超细Al(OH)3粉体对抑制甲烷爆炸有效果,对于不同甲烷浓度的甲烷-空气混合气体,可使其最大爆炸压力平均降低11.08%,最大压力上升速率平均降低66.15%,到达最大爆炸压力的时间平均降低57.53%.研究结果对于超细粉体应用于矿井瓦斯爆炸的控制具有一定的指导意义.     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.      

甲烷爆炸后体系的温度与压力

利用公式ΔU=-0.1196 n/λ.计算了不同浓度的甲烷爆炸后体系的温度,进而计算了爆炸产生的压力.当甲烷在空气中的浓度达到爆炸反应的下限浓度5.3%时,爆炸后体系的温度为1232 K,最高压力为4.13 atm.当甲烷在空气中的浓度达到9.5%时(甲烷与空气中的氧气完全反应),爆炸后体系的温度为1815 K,最高压力为6.09 atm.     

初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响

建立小球形容器与两段管道连接、2个球形容器与3段管道连接的2种形式的爆炸实验装置,通过实验分析和理论分析研究初始压力对连通容器甲烷-空气混合物爆炸压力的影响。研究发现:相同条件下,球形容器接管后甲烷最大爆炸压力与初始压力呈近似的线性关系。连通容器甲烷爆炸时起爆容器压力始终低于传爆容器压力,起爆容器不同,两个容器内最大爆炸压力差均随着初始压力的增加逐渐增大。初始压力对不同结构和尺寸的球形容器、容器接管和连通容器甲烷最大爆炸压力的影响程度不同,可以用最大爆炸压力随初始压力的变化速率表示,最大爆炸压力变化速率越高,初始压力影响越大。     

氢气爆炸反应压力探讨

利用公式ΔU=-0.1196n/λ计算了氢气在空气和氧气中爆炸反应产生的火焰温度,进而计算了爆炸反应产生的压力.当氢气在空气中的浓度分别为74%(爆炸上限)和4.1%(爆炸下限),其爆炸反应产生的压力分别为3.46atm和1.71atm;当氢气在氧气中的浓度分别为94%(爆炸上限)和4%(爆炸下限)时,爆炸反应产生的压力分别为3.79atm和1.56atm.     

天然气储罐泄漏扩散的影响因素及危害性

天然气储罐一旦发生泄漏后,会对人体及周围造成损害,以西安天然气厂作为对象,针对泄漏扩散、火灾爆炸主要的事故类型等,从分析影响天然气泄漏的因素出发,通过高斯烟羽模型和TNT当量法,计算天然气储罐一旦发生泄漏,产生的危害范围。研究认为参照天然气爆炸上下限以及人可接触浓度阈值三个值为分界点,距离泄漏源下风向313 m,甲烷浓度达到了对人体有害的阈值,距离泄漏源下风向135 m处,天然气浓度处于爆炸下限,以爆炸源为中心,距其440 m以内的范围属于死亡区。高斯烟雨模型极大程度的考虑了影响扩散的因素,TNT当量法是计算爆炸能量的通用方法,得到的计算具有很高的合理度,可作为气体泄漏扩散危害的计算工具。     

彩跑粉基料的爆炸特性实验研究

为研究彩跑粉基料的爆炸特性,实验采用20 L近球形的爆炸系统,从粉尘云浓度、点火延迟时间和初始点火能量3个方面对其进行了实验研究。结果表明:随着初始点火能的增大,彩跑粉基料的最大爆炸压力也会随之增大,初始点火能量的增加会导致彩跑粉基料爆炸威力显著增强;随着点火延迟时间的增加,彩跑粉基料的最大爆炸压力会先增大后减小,存在最佳点火延迟时间,可使彩跑粉基料最大爆炸压力达到峰值,70 g·m~(-3)彩跑粉基料的最佳点火延时是60ms,对应的最大爆炸压力为0. 128 MPa;随粉尘云浓度的增大,彩跑粉基料的最大爆炸压力先增加后减小,彩跑粉基料的爆炸下限浓度为55 g·m~(-3),存在某一浓度,使彩跑粉基料的最大爆炸压力达到峰值,在190 g·m~(-3)浓度时,彩跑粉基料爆炸威力最猛烈,最大爆炸压力达0. 368 MPa.     

高压高温甲烷-空气混合物爆炸极限试验

通过室内试验,研究甲烷-空气混合物在0.1～20 MPa和25～100℃条件下的爆炸极限和理论临界氧含量。采用高能量的通电钨丝点火系统,按照逐步逼近法获取爆炸极限点。基于试验数据,建立甲烷-空气混合物的高压高温爆炸极限预测模型。结果表明:随着初始压力和温度升高,甲烷的爆炸下限降低,爆炸上限显著增加,爆炸极限范围扩大,爆炸所需的最低临界氧含量降低,爆炸风险增加;甲烷-空气混合物在20 MPa和100℃条件下的爆炸极限为2.87%～64.40%,爆炸所需理论临界氧含量可降低至5.74%。爆炸上限处为贫氧状态,反应后有CO生成,爆炸下限处为富氧状态,反应产物多为CO_2。     

氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限影响的实验研究

为研究矿井瓦斯中含有的氢气及重烃组分对瓦斯爆炸下限的影响,建立了多组分瓦斯混合气体爆炸实验系统.运用该实验系统对分别混有氢气、异丁烷和正己烷的甲烷气体的爆炸下限进行了测定.实验结果表明:强点火源条件下,当混有氢气的体积分数达到1.5%时,甲烷的爆炸下限可以降到1%;当异丁烷和正己烷的体积分数约为0.25%时,甲烷的爆炸下限可降到2%左右.图8,表5,参10.     

油气对瓦斯爆炸的影响

焦坪矿区是我国少有的煤油气共存矿区,曾多次发生重大煤矿安全事故,而油气是造成该地区瓦斯涌出量和爆炸危险性增加的重要原因.关于油气-瓦斯-空气混合气爆炸特性方面的研究并不多,为了考察油气的影响并结合矿区实际情况,选用正已烷作为油气的代表,利用自制的配气系统以及20L爆炸实验装置进行实验.由于已有文献对油气-瓦斯混合气爆炸下限进行了研究,本文重点研究油气对爆炸威力以及瓦斯爆炸上限的影响.实验结果表明正己烷的加入增加了瓦斯的爆炸威力,如当正己烷浓度为2%、甲烷浓度为0.5%时就能发生爆炸并产生0.89 MPa的超高压;正已烷浓度为2%时混合气的最大爆炸指数达到9.41 MPa·m/s,超过了甲烷最大爆炸指数5.5 MPa·m/s.将混合气爆炸上限的理论结果同实验结果进行对比发现二者并不完全符合,理论结果偏安全,而混合气爆炸最佳浓度同化学当量比浓度较为接近.图4,表4,参10.     

高温和高压下CBM的爆炸极限

利用自主开发的实验装置,测定了20,60,100,150,200℃及常压,100,200和300 kPa初始条件下煤层气(CBM)的爆炸极限值.结果表明,随初始温度和压力的增加,爆炸极限上限变大,下限变小,爆炸极限范围变大,危险性增加;初始温度和压力对爆炸极限上限的影响大于对爆炸极限下限的影响.研究结论为CBM开发使用过程安全工艺参数的确定提供了实验依据.     

高温下掺氢天然气层流预混火焰传播特性

利用本生灯-纹影系统及CHEMKIN-PRO对高温下掺氢天然气层流预混火焰传播速度进行实验及数值模拟研究,并从热力学及化学动力学效应方面讨论了初始温度对掺氢天然气层流预混火焰传播特性的影响.结果表明:GRI-3.0机理能较准确地预测293~500K条件下的掺氢天然气层流预混火焰传播速度;在相同初始温度下,混合物层流预混火焰传播速度在高掺氢比时增幅更显著;在相同当量比下,混合物层流预混火焰传播速度及绝热火焰温度随初始温度的升高呈近线性增加;高温下,H自由基浓度的增大进一步增强了H+O₂=O+OH对整体燃烧反应的促进作用,使混合物层流预混火焰传播速度显著加快.     

二甲醚-氢气-空气混合气预混燃烧的实验研究

在定容燃烧弹中,研究了不同燃空当量比、掺氢比和初始压力下的二甲醚-氢气-空气预混合气的一系列层流燃烧特性参数,并且系统地分析了当量比、掺氢比和初始压力对燃烧的影响.结果表明:随着掺氢比的增大,火焰传播速率、层流燃烧速率、燃烧压力升高率和质量燃烧速率都明显增大,火焰发展期和燃烧持续期则随之缩短;当掺氢比较低时,随着当量比的升高,马克斯坦长度不断递减,即稀混合气的燃烧稳定性更高;当掺氢比较高时,随着当量比的升高,马克斯坦长度不断递增,即浓混合气的燃烧稳定性更高;最高燃烧压力随着初始压力的升高而升高,受掺氢比的影响相对较小.     

半封闭空间甲烷爆炸初期火焰传播时空分布研究

通过小尺度实验,研究了半封闭空间甲烷爆炸火焰前沿位置、传播速度随时间和空间的变化规律,以及甲烷浓度对其的影响。研究得出：在时间分布上,甲烷爆炸初期欠焰前沿位置和传播速度随时间近似呈指数型增长,传播速度存在波动性;甲烷浓度越大,火焰初始传播速度越大。在空间分布上,在火焰前沿达到管道长径比蓬～6之前,传播速度在20m/s以下,达到4～6处,速度开始明显增大;在管径相确的管道中,甲烷在化学当量比附近由燃烧达到爆炸的距离最短;当甲烷浓度向大小两个方向变化时,由燃烧达到爆炸的距离逐渐增大。     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

正丁醇/正庚烷预混层流燃烧特性的试验研究

利用向外传播的球形火焰,试验研究了初始温度为393 K和初始压力为0.1 MPa时,当量比和正丁醇的掺混量对正丁醇/正庚烷掺混燃料的层流燃烧速度和火焰不稳定性的影响.试验结果表明:混合物的层流燃烧速度随当量比的增大先增大后减小,随正丁醇掺混量的增加逐渐增大;火焰不稳定性随当量比的增大而增加,低当量比时随正丁醇掺混量的增加逐渐增加,高当量比时随掺混量的增加逐渐减小,当量比1.1时火焰不稳定性受掺混量的影响不大.     

温度和氮气对油品爆炸下限的影响

为评估煤制油过程的某种中间产物(A油品)可燃蒸气的爆炸危险性,采用易燃范围试验装置(FRTA)爆炸极限测试仪测试研究其在不同温度、不同N_2含量下的爆炸下限,并分析两者对油品蒸气爆炸下限的影响。实验结果表明,在初始温度为30,60,90,120和140℃时,油品蒸气的爆炸下限与初始温度之间呈非线性关系,且均随着温度的升高而逐渐降低。初始温度高于120℃后,其爆炸下限变化趋势幅度均减小。在同一温度、不同N_2含量下,一定范围内油品蒸气爆炸下限随着N_2含量的增加而增大;不同温度、不同N_2含量下,油品蒸气爆炸下限的改变因受到温度和N_2的双重作用,爆炸下限变化较为明显。     

蒙脱石粉体对瓦斯爆炸特性参数的影响研究

选用天然矿物粉体蒙脱石作为抑爆材料,通过20 L球形爆炸装置和自主设计的5 L管道实验系统,测试了蒙脱石粉体及其浓度对甲烷-空气预混气体的爆炸压力、火焰传播速度等特性参数的影响.结果表明:蒙脱石粉体对甲烷爆炸具有一定的抑制作用,甲烷-空气预混气体的最大爆炸压力和爆炸火焰传播的平均速度随着粉体浓度的增加呈现先降低后上升的趋势.其中,当粉体浓度为0.16 g/L时,爆炸压力下降至最低,比未添加粉体时下降了29.2%;当粉体浓度为0.20 g/L时,火焰传播平均速度最小.此外,结合蒙脱石粉体的元素组成及热解特性分析其瓦斯抑爆机理.      

混合气压力对爆震波特征参数的影响规律

在混合气当量比一定的条件下，采用平衡常数法对烃-空气系统的爆震燃烧产物的平衡温度、平衡压力及爆震波速进行了计算及比较。在此基础上研究了混合气压力对爆震波特征参数的影响规律。结果表明：在同一当量比下，平衡温度和爆震波速随混合气压力变化规律一致，随着初始压力的增大而增大，逐渐趋于一最大值。平衡压力与初始压力呈线性增大。同时，对于不同燃料，分子量越大，其平衡温度、平衡压力就越大。